Co je to centrální procesorová jednotka? Typy procesorů a proč jsou potřebné

Dnes se díváme na procesor CPU počítače (Central Processing Unit - centrální procesorová jednotka nebo CPU). Tohle je srdce nebo chcete-li jeho mozek! V počítačovém žargonu se mu někdy říká „kámen“ (krystalický křemík vypadá jako kámen).

Toto je hlavní procesor informací vstupujících do počítače. Centrální procesor provádí všechny potřebné matematické operace s příchozími daty, provádí různé výběry z databází, archivuje a ruší archivaci našich souborů, zabývá se, zpracovává model fyzické interakce částic ve vaší oblíbené počítačové hře, konečně!

Centrální procesor moderního počítače dělá hodně, bude jednodušší vyjmenovat, co nedělá :)

Tady je pár fotek CPU:



Na první fotografii je dvoujádrový centrální procesor Intel, na druhé je jeho zadní strana. Na této straně se zasouvá do patice procesoru na . Na těchto fotografiích vidíme tvar CPU „LGA-775“. Zkratka „LGA“ je zkratka pro angličtinu. "Land Grid Array" - typ krytu s maticí kontaktních podložek. Zastaralé modely byly dodávány v balíčcích „PGA“ (Pin Grid Array); jedná se o zastaralý procesor zobrazený na poslední fotografii výše.

U starších modelů počítačů existovalo určité riziko ohnutí nebo (nedej bože) zlomení jedné z několika stovek PGA nohou. Noční můra počítačového stavitele! :) Nyní je vše mnohem jednodušší.

To, co vidíme na fotografiích výše, je vnější schránka centrální procesor počítače. Jeho funkcí je chránit jádro (samotný křemíkový krystal) před mechanickým namáháním, poskytovat kontaktní plochu s chladicím systémem (radiátor) a také poskytovat elektrický kontakt pro napájení zařízení (fotografie výše označené „1“ a „2“ ).

Centrální procesor počítače se skládá ze čtvercové desky PCB, do které je pevně uchyceno jeho jádro (křemíkový krystal), elektrické kontaktní vodiče plus ochranný kryt nahoře. Podívali jsme se, co se pod tímto krytem skrývá.

Proces výroby hotových čipů lze popsat přibližně takto: vrstvy vodičů, polovodičů a izolantů jsou střídavě nanášeny na tenký křemíkový základ (substrát) přes speciální „masky“ se štěrbinami pomocí litografie. Někdy se používá proces leptání prvků na krystal (přes stejné otvory v „masce“). Po ukončení procedury se podklad rozřeže na čtverce, které se zabalí do ochranného a teplovodivého pláště, opatřeného kontaktními podložkami a výrobek je hotový!

Nyní je trh stolních procesorů rozdělen mezi téměř pouze dvě velké společnosti: Intel a AMD. Od roku 2011 první „držel“ více než 80 % tohoto trhu a druhý – něco málo přes 10 %. Rychle se rozvíjející trh mobilních procesorů je úplně jiná věc. Prostě je tady obrovské množství firem, které produkují svá vlastní řešení (no, ne zrovna „svá“, ale o tom si povíme v jiném článku).

Schematicky lze vnitřní strukturu CPU znázornit následovně:


Zde je vizuální průřezová fotografie krystalu CPU:


A toto je výkonný dvoujádrový Athlon:




Ano, tady je další fotka, abych tak řekl, aby byl obraz kompletní:

Jedná se také o počítačový procesor, jen v jiném provedení. Svého času existovaly podobné vzorky, jejichž textolitová deska byla svisle vložena do speciálního konektoru na základní desce. Byl nazýván (Slot A), odtud termín „slotové procesory“. Ze všeho nejvíc design připomíná cartridge herní konzole s ventilátorem na boku :)

Pokud se dotkneme tak důležitého aspektu, jako je výkon CPU, pak přímo závisí na několika komponentách a skládá se z nich:

Podívejme se na každý bod podrobněji. Takt procesoru se měří v hertzích (Hz).

Poznámka: Hertz (Hz) - jednotka měření frekvence periodických procesů (v v tomto případě- kolísání). Například 1 Hertz je jedna taková oscilace (cyklus) za sekundu.

Měření taktovací frekvence (výkonu) centrálního procesoru v Hertzech je nepohodlné (čísla jsou příliš velká). Proto se zde používají veličiny jako megahertz a gigahertz. Megahertz (Mhz) je jeden milion Hertzů (1 000 000 Hz). Gigahertz (GHz) je 1000 megahertzů (Mhz) nebo jedna miliarda Hertzů (1 000 000 000 Hz).

Podle výše uvedeného se ukazuje, že CPU s taktovací frekvencí 3 Gigahertz je 3000 Megahertz nebo tři miliardy Hertzů! Konvenčně můžeme říci toto: čím vyšší frekvence, tím více instrukcí lze zpracovat za jednotku času. Podle popsaného příkladu může procesor 3 GHz (GHz) provést tři miliardy operací za sekundu.

Pro lepší pochopení se podívejte na krátké tematické video:


Frekvenci hodin můžete zobrazit kliknutím klikněte pravým tlačítkem myši myši na ikonu "Tento počítač" na ploše a výběrem "Vlastnosti" z rozbalovací nabídky. Níže uvedený snímek obrazovky ukazuje obrázky s těmito informacemi pro operační systémy Windows 7 a Windows XP.



Tento indikátor lze také vidět během procesu počátečního spouštění. operační systém, tím, že vstoupíte do nebo použijete jeden ze specializovaných nástrojů, jako je „“. Tento nádherný program ukáže nejen hodnotu taktovací frekvence, ale také spoustu dalších užitečných informací.


Poznámka: Provoz tohoto programu jsme zvažovali dostatečně podrobně, takže jej nebudeme opakovat.

Vzpomeňte si na slavný „zákon“ Gordona Moora, který odvodil již v roce 1975: „Produktivita moderní procesory by se měl každých 24 měsíců zdvojnásobit!" Této předpovědi musíme vzdát hold: do jisté míry tomu tak bylo. Výrobci procesorů prostě pravidelně zvyšovali taktovací frekvenci svých zařízení (mezi dalšími vylepšeními v podobě paralelního zpracování instrukcí, rozšíření seznamu podporovaných návodů, omezení technického postupu atd.), což umožnilo zachovat vitalitu tohoto prohlášení.

Je jasné, že to nemohlo pokračovat donekonečna: vysoké frekvence vyžadují radikální přepracování systému chlazení rychle se zahřívajícího čipu. Sám autor prohlášení v roce 2007 řekl, že „zákon“ zřejmě nebude mít dlouhého trvání. Faktem je, že když je dosaženo určitého frekvenčního prahu (v rozsahu od 4 000 do 5 000 MHz), všechny procesory začnou pracovat nestabilně a vyžadují komplikovaný chladicí systém.

Zkušení overclockeři („overclockeři“ centrálních procesorů) tvrdí, že přibližná hranice přetaktovaného vzduchem chlazeného procesoru je 4000-4500 Mhz. Zde musíte pochopit, že se jedná o nejlepší vzorky čipů, nejúspěšnější ze série, a jeden z nich může být v několika desítkách, plus špičková základní deska, která vám umožní jej použít. zvýšené napětí a zvýšit frekvenci FSB, drahé (přetaktovací) paměti s přídavným chlazením atp. Pokud na stejný CPU nainstalujete systém vodního chlazení, můžete zvýšit frekvenci na 5000, ale není pravda, že budete schopni dosáhnout stabilního provozu zařízení ve všech aplikacích.

Poznámka: FSB (Front Side Bus - systémová nebo přední sběrnice), - vysokorychlostní rozhraní pro zajištění interakce mezi procesorem počítače a ostatními příslušenství a moduly umístěné na základní desce. Frekvence systémová sběrnice je rychlost, jakou jádro procesoru komunikuje s RAM, řadiči atd.

Skuteční „maniaci“ se nezastaví u svého řemesla a používají „těžké dělostřelectvo“, jako je chlazení pomocí freonu, tekutého kovu, helia a dokonce i tekutého dusíku! Poslední možnost vám umožní „vymáčknout“ z nešťastného zařízení rekordních 6000 megahertzů a ještě více! Na druhou stranu je nepravděpodobné, že budete chtít pracovat na počítači pokrytém krustou ledu? :)




Nyní nastala chvíle, kdy frekvence a celkový výkon moderní počítače jsou zcela dostačující k vyřešení většiny problémů běžného uživatele PC (prozatím vynecháme hry a seriózní aplikace pro simulaci něčeho). Proto prosté zvýšení tohoto ukazatele již nezajistí tak znatelné zvýšení rychlosti při každodenních (kancelářských) úkonech jako dříve. V dnešní době je výkon moderních PC do značné míry určován jinými parametry a jejich kombinací.

Jedním z těchto parametrů je kombinace pod jedním krytem odvádějícím teplo velké množství jádra (v tuto chvíli může jejich počet dosáhnout dvanácti kusů). Aritmetika je zde jednoduchá: čím více jader, tím vyšší výkon (za stejných podmínek). Všechny procesy totiž v tomto případě začnou běžet paralelně (na každém z jader), což by (teoreticky) mělo výrazně zvýšit celkový výkon. V praxi to dopadá... jinak :)

Některé z aplikací prostě „nevědí“, že lze pracovat s více jádry, některé to dělají špatně a výrazný nárůst zaznamenávají pouze aplikace „šité na míru“ pro vícejádra. Existují aplikace, které prakticky nelze paralelizovat. Například kancelářské aplikace („ Microsoft Word" nebo ""). Další úkoly, jako je kódování videa/audia, kompilace programový kód, vykreslování trojrozměrné scény jsou naopak velmi citlivé na vícevláknové zpracování a tímto přístupem je dosaženo maximálního přínosu.

Serverové varianty centrálních procesorů jsou právem považovány za hnací sílu vícejádrové technologie. Tento " Intel Xeon“ a „AMD Opteron“. Serverová řešení se vyznačují zvýšeným výkonem (díky velké mezipaměti) a škálovatelností (mohou mít několik fyzických procesorů s velké množství jádra uvnitř každého). Nadšenci si podobné systémy občas instalují doma na běžné základní desky, ale to je spíše pro zábavu :) V podstatě se takové procesory používají v rackových serverech, které se montují do speciálních racků.

Poznámka: (Rack - rack/police) Rack montáž (RackMount) - princip organizace spínacího zařízení.

Takto může takový server vypadat samostatně:




A takhle - v 19palcovém racku (říká se mu také telekomunikační rack):


Existují dokonce celé telekomunikační skříně uzamykatelné na zámky (Protective Cabinet). Mohou vypadat například takto:

Podrobně jsme se podívali na to, jak jsou takové servery interně uspořádány, jaké mají procesory a jak je při naší práci organizována serverovna.

Na základě takových řešení jsou stavěny takzvané superpočítače. Například Intel již vydal 16jádrové Xeony a zvažuje řešení s 22-24 a 28 jádry. Vidíte, kam to celé směřuje, že? Takže vtip týmu KVN „Ural Dumplings“ je o 48 jaderný procesor, vyslovený v roce 2012, už nevypadá jako vtip! :)

Jsem si jistý, že postupem času bude většina aplikací efektivně fungovat na vícejádrových systémech, ale v tuto chvíli to není tak růžové. Výrobci centrálních procesorů však toto číslo neustále zvyšují a nyní existují desktopové systémy s 12 jádry. Proč? No, musíme nějak vysvětlit kupujícímu, proč je prostě povinen koupit tento nový procesor?! :)

Třetí nejdůležitější součástí centrální procesorové jednotky počítače je jeho mezipaměť. Mezipaměť je malé množství velmi rychlé paměti, která se nachází v samotném jádře a slouží k ukládání mezivýsledků výpočtů a také může ukládat kopie nejčastěji používaných dat z počítače. Mezipaměť může fungovat jako druh vysokorychlostního „mostu“ mezi RAM a centrálním procesorem počítače.

Cache je rozdělena na instrukční cache (pro urychlení načítání strojového kódu) a datovou cache, která obsluhuje požadavky uživatelů. Ten má často několik úrovní (Úroveň 1, Úroveň 2 a Úroveň 3). Každá další úroveň je větší (z hlediska kapacity paměti) než předchozí, ale výkonově pomalejší. proč tomu tak je? Zdá se, že jde o snížení nákladů na finální produkt :) Ale tento design přináší vlastní výhodu - výrazné snížení zpoždění v přístupu CPU k RAM. Jedná se o jakýsi buffer mezi ním a CPU.

Existují specifické úlohy, kde hraje mezipaměť procesoru důležitou roli. Předpokládá se, že to zahrnuje proces archivace polí informací a zařízení s velkou a rychlou mezipamětí se s tím lépe vyrovnávají.

Jak vidíme, ani frekvence, ani vícejádrová, ani velká cache samy o sobě nezaručují zvýšený výkon absolutně ve všech úlohách! Někde bude stačit prostě vysoká rychlost (frekvence), jinde je nutný multitasking – provádění operace paralelně na více jádrech. To vyžaduje integrovaný přístup a jemnou rovnováhu mezi všemi složkami.

Pokračuj! Když CPU běží, je dodáván s . To způsobí jeho zahřívání. Aby nedošlo k tak nepříjemnému jevu, jako je nainstalován počítač různé systémy chlazení (tiché vodou nebo vzduchem chlazené, vybavené ventilátory).

I přes neustálé omezování technologického procesu a optimalizaci spotřeby, špičkové modely procesorů vytrvale dosahují úrovně TDP 200 Wattů a některé (AMD) ji již úspěšně pokořily! Dá se takový „úspěch“ definitivně nazvat vítězstvím? Nemysli :)

Každý výrobce dává svému novému produktu kódové označení, které charakterizuje celou řadu nebo rodinu produktů založených na jedné mikroarchitektuře. V nedávné minulosti byla používána taková zvučná jména jako „Coppermine“, „Wolfdale“, „Barton“, „Nahalem“, „Prescott“, „Conroe“, „Sandy Bridge“.

Je to základní mikroarchitektura, která určuje, které z nových technologií budou zahrnuty do budoucího procesoru. Například: hardwarová (na hardwarové úrovni) podpora virtualizační technologie (Visualization Technology), ochrana proti přetečení vyrovnávací paměti (Intel Execute Disable Bit), automatické řízené přetaktování procesoru „AMD Turbo Core“ (analogicky TurboBoost od Intelu), různé verze SSE pokyny a 3D Now atd.

Nyní je v módě mluvit nikoli o CPU, ale o APU (Accelerated Processor Unit – zrychlený procesor). co to je? Jedná se o kombinaci samotného CPU a grafické karty na jednom čipu nebo jednoduše pod jedním krytem rozvodu tepla. Taková řešení se někdy nazývají hybridní procesory. Výsledkem je snížení celkové spotřeby energie a nákladů na systém v důsledku snížení počtu komponent (externí grafická karta již není potřeba).

Je jasné, že takový systém nemůže konkurovat plnohodnotnému herní počítač, ale pro většinu úkolů je velmi vhodný. Vzhledem k tomu, že v roce 2006 koupila známá společnost AMD neméně známou společnost na výrobu grafických akcelerátorů ATI, je logické, že její APU vypadají preferovaněji (právě kvůli grafické složce). Společnost Intel se grafikou nikdy vážně nezabývala, její silnou stránkou jsou centrální procesorové jednotky a v tomto oboru nemá obdoby!

Co dalšího lze říci o procesorech z hlediska aplikace? Pro vás jako potenciálního kupce bude užitečné vědět, že je lze zakoupit ve dvou různých možnostech doručení: „Krabice“ a „Tray“. Box je krabicová dodávka:


Podívejme se, co je uvnitř krabice?


Zde vidíme chladicí systém zabalený v ochranném plastu (dole) a samotný centrální procesor počítače (červeně zakroužkovaný). Upozorňujeme, že v krabicovém balení je již na spodní ploše chladiče naneseno tepelné rozhraní (tepelně vodivá látka ve formě tří šedých pruhů). Tepelné rozhraní slouží k lepšímu přenosu tepla z krystalového jádra do chladiče. Stačí otevřít balíček a podívat se na desku.

Pokud se rozhodnete pořídit si procesor v zásobníku, tak se připravte na to, že vám ho možná vytáhnou v igelitovém sáčku :) Samostatně kupujete pouze samotný čip, bez chlazení. Proč to může být nutné? Například jsem to udělal, když jsem sestavoval svůj . Nelíbilo se mi standardní (krabicové) chlazení a rozhodl jsem se místo toho nainstalovat systém věžového typu. Proč přeplácet nepotřebný kus hliníku ventilátorem, který pak bude nečinně sedět?

Na závěr malá poznámka od osobní zkušenost: v moderních hrách není procesor to hlavní. Hlavní zátěž připadá na externí grafickou kartu, takže pokud se chystáte modernizovat (upgradovat) počítač speciálně pro tento účel, věnujte pozornost především jeho grafickému subsystému. Proč to říkám tak sebevědomě? Protože přesně tímto (opuštěním starého procesoru a nákupem nového GPU) jsem získal naprosto adekvátní výkon ve všech hrách roku 2015! A tady je rok 2017! :-)


Program má různé testovací režimy a výsledky jeho práce můžete vidět v reálném čase ve formě pohodlných vizuálních grafů.


Nebo - ve formě tabulky:




K dispozici je také testovací režim grafické karty. Program "kroutí koblihu" (kdo znalý pochopí) :)




Jako vždy si můžete stáhnout program, který popisujeme, přímo a nechat váš „kámen“ vždy fungovat bez poruch!

Teď už mám opravdu všechno! Pokračujte v prozkoumávání dalších částí našeho webu. Níže se můžete podívat na video o výrobě procesorů:

Důležitá otázka uživatelů, kterou odkládám na později, co je to procesor v počítači? Centrální procesorová jednotka (CPU) je nejdůležitější součástí Hardware jakýkoli počítač odpovědný za provedení nezbytného aritmetické operace, specifikované programy, koordinující práci všech bez výjimky.

Srdcem každého počítače je samozřejmě procesor. Je to procesor, který provádí instrukce. software, používaný na osobním počítači, zpracovává soubor dat a provádí složité výpočetní operace. Hlavní charakteristiky procesoru jsou: výkon, takt, spotřeba, architektura a cache.

Chápeme tedy, co je to procesor, ale jaké typy existují a proč je procesor v počítači potřeba? Promluvme si o všem v pořádku. Je známo že procesory jsou jednojádrové a vícejádrové. Vícejádrový procesor je centrální procesor, který obsahuje dvě (nebo více) výpočetních jader umístěných na jednom malém procesorovém čipu nebo v jednom společném balíčku. Typický procesor má pouze jedno jádro. Éra jednojádrových procesorů se postupně stává minulostí. Pokud jde o jejich vlastnosti, jsou obecně horší než vícejádrové procesory.

Například taktovací frekvence průměrného dvoujádrového procesoru může být často mnohem nižší než frekvence dobrého jednojádrového procesoru, ale díky rozdělení úkolů na „obě hlavy“ se rozdíl ve výsledcích stává nevýznamným. Dvoujádrový Jádrový procesor 2 Duo s taktovací frekvencí 1,7 GHz hravě předběhne jednojádrový Celeron s taktovací frekvencí 2,8 GHz, protože výkon závisí nejen na frekvenci, ale také na počtu jader, cache a dalších faktorech.

V tuto chvíli světovému počítačovému trhu dominují dva největší výrobci procesorů – Intel Corporation (jeho podíl je dnes asi 84 %) a AMD (asi 10 %). Když se podíváte do historie vývoje centrálních procesorů, můžete vidět poměrně hodně zajímavých věcí. Od vzhledu prvního stolní počítače, hlavním způsobem, jak zvýšit výkon, bylo systematické zvyšování taktovací frekvence.

To je velmi zřejmé a logické. Vše však má své meze a frekvenci nelze zvyšovat donekonečna. Bohužel s rostoucí frekvencí začíná tvorba tepla nelineárně narůstat a nakonec dosahuje kriticky vysokých hodnot. Tento problém zatím nepomohlo vyřešit ani použití jemnějších technických postupů při vytváření tranzistorů.

Existuje východisko z této velmi složité situace? Brzy bylo nalezeno řešení v použití několika jader v jednom krystalu. Bylo rozhodnuto použít možnost procesoru „2 v 1“. Objevení se počítačů s takovými procesory na trhu vyvolalo řadu kontroverzí. Potřebuješ vícejádrové procesory? V čem jsou lepší než běžné jednojádrové procesory? Možná chtějí výrobní společnosti jen vydělat extra zisk? Nyní můžeme s jistotou odpovědět: vícejádrové procesory jsou potřeba, jsou budoucností. V následujících desetiletích si nelze představit pokrok v tomto odvětví bez použití vícejádrových procesorů.

Vícejádrové procesory, k čemu jsou dobré? Použití takových procesorů je srovnatelné s použitím několika samostatných procesorů pro jeden počítač. Jádra jsou umístěna na stejném čipu, nejsou zcela nezávislá (využívají například společnou cache paměť). Při použití stávajícího softwaru, který byl původně vytvořen pro práci s jedním jádrem, poskytuje tato možnost významnou výhodu. Bez sebemenšího nepohodlí budete moci spouštět dva (nebo více) úkolů náročných na zdroje současně. Urychlení jednoho procesu je však pro tyto systémy prakticky nemožným úkolem. Ve výsledku tak získáme téměř stejný jednojádrový procesor s malým plusem v podobě možnosti spouštět více programů současně.

Jak být? Cesta z této nelehké situace je zcela zřejmá – vyžaduje vývoj nové generace softwaru schopného používat několik jader současně. Je potřeba procesy nějak paralelizovat. Ve skutečnosti se to ukázalo jako docela obtížné. Některé úlohy lze samozřejmě paralelizovat poměrně snadno. Například je relativně snadné paralelizovat kódování videa a zvuku.

Zde je založen na sadě vláken stejného typu, takže organizace jejich současného provádění je poměrně jednoduchý úkol. Zisk stávajících vícejádrových procesorů při řešení problémů s kódováním oproti „podobným“ jednojádrovým bude úměrný počtu těchto jader: pokud jsou dvě jádra, pak dvakrát rychlejší, čtyři jádra – čtyřikrát rychlejší, 6 jader – šestkrát rychlejší. Drtivá většina důležitých úloh je bohužel mnohem obtížnější paralelizovat. Ve většině případů je nutné seriózní přepracování programového kódu.

Zástupci poměrně výkonných počítačových firem již několikrát slyšeli radostná prohlášení o úspěšném vývoji originálních vícejádrových procesorů nové generace, které jsou schopny samostatně rozdělit jedno vlákno do skupiny nezávislých vláken, ale bohužel žádný z nich. dosud prokázali jediný takový pracovní vzorek.

Kroky počítačových společností k masovému využití vícejádrových procesorů jsou velmi zřejmé a přímočaré. Hlavním úkolem těchto společností je vylepšovat procesory, vytvářet nové perspektivní vícejádrové procesory a udržovat promyšlenou cenovou politiku zaměřenou na snižování cen (nebo brzdění jejich růstu). Dnes, ve středním segmentu dvou předních světových počítačových gigantů (AMD a Intel), můžete vidět velmi širokou škálu dvoujádrových a čtyřjádrových procesorů.

V případě potřeby můžete najít ještě sofistikovanější možnosti. Dobrou zprávou je, že sami vývojáři moderního softwaru začínají dělat důležitý krok k oslovení uživatele. Mnoho nedávných her již získalo podporu pro dvě jádra. Pro nejvýkonnější z nich je téměř životně důležité mít alespoň dvoujádrový procesor, který zajistí a udrží optimální výkon.

Když se podíváme na pulty nejlepších počítačových obchodů a analyzujeme stav sortimentu, můžeme říci, že celkový obraz není vůbec špatný. Výrobcům vícejádrových procesorů se podařilo dosáhnout velmi vysoké úrovně výroby vhodných krystalů. Jejich cenová politika je celkem rozumná. Na základě aktuálních cen je vidět, že např. zdvojnásobení počtu procesorových jader obvykle nevede k dvojnásobnému zdražení takového procesoru pro kupujícího. To je velmi rozumné a celkem logické. Mnohým je navíc naprosto jasné, že při zdvojnásobení počtu jader CPU se průměrný výkon o stejnou částku nezvýší.

Přesto stojí za to uznat, že přes všechnu trnitou cestu k vytvoření ještě pokročilejších vícejádrových procesorů k němu v blízké dohledné době prostě neexistuje žádná alternativa. Běžní spotřebitelé, kteří chtějí držet krok s dobou, mohou svůj počítač modernizovat pouze včas, za použití nových procesorů se zvýšeným počtem vestavěných jader, čímž posouvají celkový výkon na vyšší úroveň. Stále se úspěšně používají různé jednojádrové procesory mobilní telefony, netbooky a další zařízení.

Pokud nevíte, kde to je, přečtěte si článek: „“. Napiš do komentářů jaký máš procesor?


Procesor je hlavním prvkem počítače, s jehož pomocí se informace zpracovávají jak ve vlastní paměti, tak v paměti jiných zařízení. Kromě toho ovládá i chod dalších zařízení. Jak výkonnější procesor, tím rychleji počítač běží celkově.

Fungování různých aplikací je založeno na provádění určité sekvence příkazů a dat umístěných v tzv. procesorových registrech. Výkon a v důsledku toho i rychlost počítače je dána rychlostí porovnávání dat a odpovídajícími příkazy pro jejich zpracování. Hlavní charakteristiky, které odlišují různé typy procesorů, jsou rychlost hodin, bitová hloubka a velikost vnitřní mezipaměti.


Na čem závisí produktivita?

Frekvence hodin

Rychlost hodin, měřená v megahertzích (MHz), je počet operací provedených za sekundu. Ve skutečnosti však lze provedení jedné operace rozdělit do více cyklů a její hodnota se může ve skutečnosti snížit. S výkonem moderních procesorů je však mírné snížení taktu při složitých operacích zcela neviditelné.

Bitová hloubka

Tento parametr určuje, zda procesor podporuje pouze 32bitové aplikace nebo umožňuje použití 64bitových. Většina moderních procesorů podporuje 64bitovou architekturu. Toto rozdělení ovlivňuje množství dostupné paměti RAM (až 4 GB u 32bitových a od 4 GB u 64bitových systémů) a také interní parametry, které běžný uživatel bere v úvahu jen zřídka a jsou důležité pouze pro specialisty, např. například vývojáři softwaru.

Rychlost výměny informací mezi procesorem a dalšími zařízeními nainstalovanými v počítači závisí na velikosti vnitřní mezipaměti. Čím vyšší je tato hodnota, tím rychleji dojde k výměně.

Jak tedy vybrat procesor pro nový počítač. Pokud se rozhodnete postavit nový systémová jednotka, nejprve byste měli věnovat pozornost značce CPU, protože na tom přímo závisí typ charakteristik hlavních zařízení, z nichž hlavní.

Výkon budoucího systému přímo závisí na těchto parametrech. Rozdíl je také v počtu zpracovatelských jader procesorů. Vícejádrové procesory jsou tedy zařízení, která mají více než jedno jádro nainstalované v jednom balíčku. To vám umožní výrazně zvýšit rychlost vašeho počítače.

Při výběru konkrétní PC komponenty musíte přesně odpovědět na jednu otázku. K čemu bude počítač v budoucnu sloužit? Teprve poté byste se měli rozhodnout o výrobci, ceně a funkčnosti CPU. Při výměně kompletního systému radíme příliš nešetřit a vybírat komponenty podle aktuálního stavu trhu. Tento přístup ušetří peníze v budoucnu, protože je vyvážený a technologicky vyspělý nový počítač vydrží déle a bude dlouho zvládat své funkce.

Který je lepší koupit

Dnes jsou hlavními výrobci procesorů Intel a AMD. Procesory od Intelu jsou kvalitnější a výkonnější, ale jsou také poměrně drahé, což se například při nákupu rozpočtových modelů ne vždy odůvodňuje. Chcete-li nainstalovat produkty Intel, základní desky vybavené následující typy zásuvky: 478, 775 pro zastaralé modely a 1155, 1156, 1366 pro nejnovější procesoryřady I3, I5 a I7.

Je však třeba říci, že procesory využívající patici 478 jsou již velmi zastaralé a prakticky se nepoužívají, protože jejich výkon již nestačí k provádění moderních úkolů. Patice 775 se kvůli zastaralosti postupně stává minulostí, i když některé procesory této řady umožňují řešit většinu moderních úloh.

Procesory od AMD mají celkem příznivý poměr cena/kvalita, nicméně některé modely jsou náchylné na nadměrné přehřívání. Navzdory technologickému zpoždění a ne vždy vysoká kvalita, produkty AMD jsou na ruském trhu velmi žádané, což je dáno především jejich nízkou cenou ve srovnání s jejich hlavním konkurentem. Pro instalaci procesorů od AMD se používají základní desky vybavené paticemi AM2, AM 2+ a AM3 pro nejnovější procesory.

Instalace procesoru

A tak se vybere a procesor se zakoupí. Dále je třeba nainstalovat procesor na základní desku. Vezměte prosím na vědomí, že při instalaci procesoru je třeba dbát maximální opatrnosti, protože pouze jeden chybný pohyb může způsobit vážné poškození hardwaru. V první řadě je potřeba položit základní desku na nějaký povrch do stabilní polohy. U různé modely Základní desky mají různé mechanismy montáže procesoru, ale pro přístup k zásuvce je zpravidla nutné lehce stisknout speciální páčku a posunout ji na stranu.

Moderní základní desky mají speciální vodítka pro instalaci procesoru, takže je téměř nemožné procesor vložit špatně. U starších modelů to však může způsobit potíže, protože není vždy možné na první pohled určit směr instalace.

Nezapínejte počítač, pokud si nejste zcela jisti, že je procesor správně nainstalován! Nesprávně umístěný procesor v patici s největší pravděpodobností shoří.

Po instalaci vraťte speciální páčku na základní desce do původní polohy. Dále je třeba nainstalovat prvek chladicího systému procesoru - chladič. Pamatujte, že před tím je třeba nanést tenkou vrstvu speciálního složení, které zvyšuje účinnost chlazení – tepelnou pastu – na samotný procesor a na kontaktní desku chladiče.

Pro chladiče existují různé příchytky, které zajišťují těsné usazení kontaktní desky k samotnému procesoru. Upevnění lze provést pomocí šroubů, speciálních svorek nebo připevnění chladiče k základní desce pomocí kompozitní desky.


Ujistěte se, že kontaktní deska chladiče těsně přiléhá k procesoru, jinak je možné přehřátí a v důsledku toho vyhoření nejen samotného CPU, ale také základní deska.

Výměna procesoru

Pokud již nejste spokojeni s výkonem svého počítače, je to pravděpodobně způsobeno nedostatečným výkonem procesoru. To lze kompenzovat instalací dalších RAM karet, zvýšením jejího objemu, ale není třeba počítat s kvalitativním zvýšením výkonu systému.

Před instalací nového procesoru se musíte ujistit, že základní deska je vybavena příslušnou paticí a umožňuje použití tohoto modelu CPU.

Aby některé modely správně fungovaly na starších základních deskách, může být vyžadována aktualizace systému BIOS. Při instalaci nového zařízení je třeba dbát zvýšené opatrnosti, protože neopatrný pohyb může způsobit poškození zařízení!

Nejprve je potřeba opatrně odpojit chladič umístěný na patici základní desky a vyjmout procesor. Poté vložte nové zařízení do patice, vnější část procesoru překryjte tenkou vrstvou teplovodivé pasty a na místo nainstalujte chladič. Pokud dojde k výměně centrálního procesoru, zbývající součásti zpravidla nevyžadují aktualizaci a nadále fungují jako obvykle. pokusí se pomoci s výběrem procesoru pro jakýkoli počítač, ptejte se v komentářích.

Pravděpodobně jste si při výběru počítače a studiu jeho vlastností všimli, že takové položce, jako je procesor, je přikládán velký význam. Proč právě on, a ne model, napájecí zdroj, nebo? Ano, to jsou také důležité součásti systému az nich správný výběr také hodně záleží, ale vlastnosti CPU přímo a ve větší míře ovlivňují rychlost a výkon PC. Podívejme se na význam tohoto zařízení v počítači.

Začněme odebráním procesoru ze systémové jednotky. V důsledku toho nebude počítač fungovat. Už chápete, jakou roli hraje? Pojďme si ale problematiku nastudovat podrobněji a zjistit, co je to počítačový procesor.

Co je to počítačový procesor

Celá pointa je v tom, že centrální procesorová jednotka (její celé jméno) je, jak se říká, skutečným srdcem a zároveň mozkem počítače. Zatímco pracuje, fungují i ​​všechny ostatní součásti systémové jednotky a periferie k ní připojené. Zodpovídá za zpracování různých datových toků a také reguluje chod částí systému.

Technickější definici lze nalézt na Wikipedii:

procesor - elektronická jednotka nebo integrovaný obvod (mikroprocesor), který provádí strojové instrukce (programový kód), hlavní část hardwaru počítače nebo programovatelného logického automatu.

V reálu vypadá CPU jako malá čtvercová deska o velikosti Autíčko několik milimetrů silný, jehož horní část je obvykle pokryta kovovým víkem (in desktopové verze) a na spodní straně je mnoho kontaktů. Vlastně, abych nebrečel, podívejte se na následující fotky:


Bez příkazu vydaného procesorem nelze provést ani tak jednoduchou operaci, jako je sčítání dvou čísel nebo záznam jednoho megabajtu informace. To vše vyžaduje okamžitý přístup k CPU. Pokud jde o složitější úkoly, jako je spuštění hry nebo zpracování videa.

K výše uvedeným slovům stojí za to dodat, že procesory mohou také vykonávat funkce grafické karty. Faktem je, že v moderních čipech je místo pro řadič videa, který provádí všechny funkce, které jsou pro něj nezbytné, a používá video paměť. Neměli byste si myslet, že vestavěná grafická jádra jsou schopna konkurovat grafickým kartám alespoň střední třídy; je to spíše volba pro kancelářské stroje, kde není potřeba výkonná grafika, ale stále zvládnou něco slabého. Hlavní výhodou integrované grafiky je cena - nemusíte kupovat samostatnou grafickou kartu, což je významná úspora.

Jak funguje procesor


V předchozím odstavci bylo vysvětleno, co je to procesor a k čemu je potřeba. Je čas podívat se, jak to funguje.

Činnost CPU může být reprezentována posloupností následujících událostí:

  • Z RAM, kde byl načten konkrétní program(řekněme textový editor), řídicí jednotka procesoru extrahuje potřebné informace a také sadu příkazů, které je třeba provést. To vše se posílá na vyrovnávací paměť (mezipaměť) CPU;
  • Informace opouštějící vyrovnávací paměť se dělí na dva typy: pokyny a významy , které se odesílají do registrů (jedná se o paměťové buňky v procesoru). První přejde do příkazových registrů a druhý do datových registrů;
  • Zpracovává informace z registrů aritmeticko logická jednotka (část CPU, která provádí aritmetické a logické transformace příchozích dat), která z nich čte informace a na výsledných číslech pak provádí potřebné příkazy;
  • Výsledné výsledky jsou rozděleny do hotovo A nedokončený , přejděte do registrů, odkud je první skupina odeslána do mezipaměti CPU;
  • Začněme tím, že existují dvě hlavní úrovně mezipaměti: horní A dolní . Poslední přijaté příkazy a data potřebná k provedení výpočtů jdou do mezipaměti vyšší úrovně a nepoužité se odesílají do mezipaměti nižší úrovně. Tento proces probíhá následovně – všechny informace přejdou z třetí úrovně mezipaměti do druhé a poté se dostanou do první, s daty, která aktuálně nejsou potřeba a odešlou se na nižší úroveň, vše je naopak;
  • Na konci výpočetního cyklu bude konečný výsledek zapsán do systémové paměti RAM, aby se uvolnilo místo mezipaměti CPU pro nové operace. Může se ale stát, že je vyrovnávací paměť plná a nevyužitá data přejdou do RAM nebo na nižší úroveň mezipaměti.

Krok za krokem výše uvedených akcí je provozní tok procesoru a odpověď na otázku - jak procesor funguje.

Typy procesorů a jejich hlavní výrobci


Existuje mnoho typů procesorů, od slabých jednojádrových až po výkonné vícejádrové. Od herních a pracovních až po průměr ve všech ohledech. Existují však dva hlavní tábory CPU - AMD a slavný Intel. Jedná se o dvě společnosti, které vyrábějí nejžádanější a nejoblíbenější mikroprocesory na trhu. Hlavní rozdíl mezi produkty AMD a Intel není v počtu jader, ale v architektuře – vnitřní struktuře. Každý z konkurentů nabízí vlastní vnitřní strukturu, vlastní typ procesoru, který se radikálně liší od svého konkurenta.

Produkty každé strany mají své výhody a nevýhody, proto vám doporučuji, abyste se na ně krátce podívali blíže.

klady procesory Intel :

  • Má nižší spotřebu energie;
  • Vývojáři se více soustředí na Intel než na AMD;
  • Lepší herní výkon;
  • Spojení mezi procesory Intel a RAM je implementováno lépe než u AMD;
  • Operace prováděné v rámci pouze jednoho programu (například rozbalení) jdou lépe, AMD si v tomto ohledu hraje.

Nevýhody procesorů Intel:

  • Největší nevýhodou je cena. CPU od daného výrobce je často o řád vyšší než u jejich hlavního konkurenta;
  • Výkon se snižuje při použití dvou nebo více „těžkých“ programů;
  • Integrovaná grafická jádra jsou horší než AMD;

Výhody procesorů AMD:

  • Největší plus Intelu je největší mínus – cena. Můžete si koupit dobrý procesor střední třídy od AMD, který zvládne moderní hry za solidní 4 a možná i 5, přičemž bude stát mnohem méně než procesor podobného výkonu od konkurence;
  • Přiměřený poměr kvality a ceny;
  • Zajistit vysoce kvalitní provoz systému;
  • Schopnost přetaktovat procesor, čímž se zvýší jeho výkon o 10-20%;
  • Integrovaná grafická jádra jsou lepší než Intel.

Nevýhody procesorů AMD:

  • Procesory od AMD hůře interagují s RAM;
  • Spotřeba energie je vyšší než u Intelu;
  • Vyrovnávací paměť na druhé a třetí úrovni pracuje s nižší frekvencí;
  • Herní výkon zaostává za konkurenty;

Ale i přes výše uvedené výhody a nevýhody se každá ze společností dále vyvíjí, jejich procesory jsou s každou generací výkonnější a chyby předchozí řady jsou zohledněny a opraveny.

Hlavní vlastnosti procesorů

Podívali jsme se, co je to počítačový procesor a jak funguje. Poté, co jste se seznámili s jejich dvěma hlavními typy, je čas věnovat pozornost jejich vlastnostem.

Nejprve si je tedy uveďme: značka, řada, architektura, podpora konkrétní patice, takt procesoru, cache, počet jader, spotřeba a odvod tepla, integrovaná grafika. Nyní se na to podívejme s vysvětlením:

  • Značka – kdo vyrábí procesor: AMD nebo Intel. Tato volba určuje nejen pořizovací cenu a výkon, jak by se dalo předpokládat z předchozí části, ale také výběr dalších PC komponent, zejména základní desky. Vzhledem k tomu, že procesory od AMD a Intel mají odlišné konstrukce a architektury, nebude možné druhý osadit do socketu (zásuvky pro instalaci procesoru na základní desce) určeného pro jeden typ procesoru;
  • Série - oba konkurenti rozdělují své produkty do mnoha typů a podtypů. (AMD - Ryzen, FX, Intel-i5, i7);
  • Architektura procesoru jsou vlastně vnitřní orgány CPU, každý typ procesoru má individuální architekturu. Jeden druh lze zase rozdělit na několik poddruhů;
  • Podpora pro konkrétní socket je velmi důležitá vlastnost procesor, protože samotná patice je „zásuvkou“ na základní desce pro připojení procesoru a každý typ procesoru vyžaduje odpovídající patici. Ve skutečnosti to bylo zmíněno výše. Buď musíte přesně vědět, která patice se nachází na vaší základní desce a vybrat pro ni procesor, nebo naopak (což je správnější);
  • Rychlost hodin je jedním z významných ukazatelů výkonu CPU. Odpovězme si na otázku, jaký je takt procesoru. Odpověď bude pro tento impozantní pojem jednoduchá – objem operací provedených za jednotku času, měřený v megahertzích (MHz);
  • Cache je paměť instalovaná přímo do procesoru, nazývá se také vyrovnávací paměť, má dvě úrovně – horní a dolní. První přijímá aktivní informace, druhý přijímá informace, které se aktuálně nepoužívají. Proces získávání informací jde ze třetí úrovně do druhé a poté do první, zbytečné informace putují na druhou stranu;
  • Počet jader – CPU může mít jedno až několik. V závislosti na čísle se procesor bude nazývat dvoujádrový, čtyřjádrový atd. V souladu s tím bude síla záviset na jejich počtu;
  • Spotřeba energie a odvod tepla. Zde je vše jednoduché - čím více procesor „žere“ energii, tím více tepla bude generovat; věnujte pozornost tomuto bodu, abyste vybrali vhodný chladicí chladič a zdroj.
  • Integrovaná grafika – první takový vývoj AMD se objevil v roce 2006, Intel od roku 2010. První z nich vykazují lepší výsledky než jejich konkurenti. Přesto se žádné z nich dosud nepodařilo dosáhnout na vlajkové grafické karty.

závěry

Jak již víte, centrální procesor počítače hraje v systému zásadní roli. V dnešním článku jsme si vysvětlili, co je to počítačový procesor, jaká je frekvence procesoru, jaké jsou a k čemu jsou potřeba. Jak moc se některé CPU liší od ostatních, jaké typy procesorů existují. Povídali jsme si o výhodách a nevýhodách produktů dvou konkurenčních kampaní. Ale s jakými vlastnostmi bude procesor instalován ve vaší systémové jednotce, je na vás, abyste se rozhodli.

procesor- Centrální procesor je hlavní komponentou, „mozkem“ počítače a určuje jeho nejzákladnější vlastnosti. „Je to velký integrovaný obvod (LSI) vytvořený na křemíkovém čipu. Velký integrovaný obvod není velikostí, ale počtem prvků - tranzistorů v něm obsažených.

Stáhnout prezentaci "Procesor"

Mikroprocesor obsahuje miliony tranzistorů spojených navzájem tenkými vodiči z hliníku nebo mědi. V roce 1965 Gordon Moore učinil odvážnou předpověď: počet tranzistorů umístěných na IC čipu se zdvojnásobí přibližně každé 2 roky. Průmysl se vyvíjel téměř přesně v souladu s touto prognózou, nazývanou Moorův zákon. Ale poprvé v roce 43 byl zákon porušen díky novým metodám výroby mikroobvodů, kdy lze umístit 30 milionů. tranzistory na části krystalu o velikosti špendlíkové hlavičky. v roce 2006 Procesor s jádrem 300 milionů tranzistory, začátek roku 2007 800 milionů tranzistorů ve dvou jaderných systémech.

Výroba mikroprocesorů

Tohle je nejtěžší technologický postup, která zahrnuje několik stovek etap. Mikroprocesory se tvoří na povrchu tenkých křemíkových plátků, které jsou vyřezány z dlouhých válcových krystalů křemíku vyrostlých z roztaveného křemíkového písku. Křemík má vlastnosti polovodičů jeho vodivost může být řízena vnášením nečistot. Během výrobního procesu mikroobvodů se na záslepky nanášejí tenké vrstvy různých materiálů. Na nich se fotolitografickou metodou vytváří „vzor“ budoucího mikroobvodu vrstvu po vrstvě. Při další operaci, zvané doping, jsou exponovaná místa křemíkového plátku bombardována ionty různých chemických prvků, které tvoří v křemíku mikroskopické oblasti s různou elektrickou vodivostí. Každá vrstva procesoru má svůj vlastní vzor, ​​všechny tyto vrstvy dohromady tvoří trojrozměrnou strukturu procesoru. Poté jsou plátky nařezány na jednotlivé mikroobvody, které procházejí přísným testováním pro kontrolu kvality všech technologických operací. Obrobky, které jsou shledány vadnými, jsou jednoduše vyřazeny, protože neexistují žádné způsoby, jak chyby opravit. Poté se každý krystal umístí do ochranného pouzdra a vývody se k němu připájejí.

K logickému složení CPU zahrnuje: zařízení:

  1. ovládací zařízení (CU) — řídicí blok. Ovládá činnost všech zařízení v zadní části. program
  2. ALU(aritmetická logická jednotka) procesorový výpočetní nástroj.
  3. paměťové registry procesoru – vnitřní paměť procesoru. Registry se používají k dočasnému uložení prováděné instrukce, adres paměti, zpracovávaných dat a dalších interních informací mikroprocesoru. Každý z jejich registrů slouží jako jakýsi návrh, pomocí kterého procesor provádí výpočty a ukládá mezivýsledky. Každý registr má svůj specifický účel IP - čítač programu (umístí se adresa paměťové buňky počítače, ve které je uložen další spustitelný příkaz programu. CS - registr příkazů, samotný příkaz je umístěn po dobu jeho provádění DI SI BP - indexové registry, ukazatele posunu v segmentech AX BX - univerzální SS - zásobník (Stack je oblast sloužící k dočasnému ukládání dat. Zásobník je obsažen v samostatném segmentu, který se nazývá segment zásobníku) DS - doplňkový

Podívejme se na principy fungování moderních procesorů

Mikroprocesor je složitý elektronické zařízení provádět různé operace. Jakýkoli procesor podporuje určitou sadu příkazů, které může vykonávat, a obsahuje sadu vnitřních paměťových buněk, registrů, se kterými může pracovat mnohem rychleji než s externí pamětí. Schopnosti PC jako univerzálního interpreta pro práci s informacemi jsou určeny systémem příkazů procesoru. Tento příkazový systém je strojový příkazový jazyk. (YAMK) Programy pro řízení chodu počítače jsou sestaveny z jazyka YAMK. Jediný příkaz představuje samostatnou operaci (akci) počítače. V NML existují operace, na kterých se provádí aritmetika. , logické operace, operace řízení sekvence příkazů, operace přenosu dat z jednoho paměťového zařízení na druhé atd. Existují dva typy architektury mikroprocesorů - CISC a RISC.

CISC

CISC (Complex Instruction Set Computer) znamená, že procesor podporuje velmi velkou sadu instrukcí (více než 200) (úplná sada instrukcí) a nemá velké číslo registrů Implementace složitých sad instrukcí různé složitosti na úrovni strojového jazyka (od jednoduchých, charakteristických pro mikroprocesor 1. generace, až po značnou složitost, charakteristickou pro moderní procesory.

RISC

Ve své řadě Architektura RISC (počítač se sníženou instrukční sadou) znamená omezenou sadu příkazů a velký počet vnitřních registrů. Všechny instrukce fungují na operandech a mají stejný formát. K paměti se přistupuje pomocí speciálních příkazů pro načtení a zápis registrů. Jednoduchost struktury a malá sada instrukcí umožňuje kompletní provedení hardwaru a efektivní potrubí s malým množstvím vybavení. Vysoký stupeň drtící dopravník. Debaty o tom, co je lepší, stále probíhají. Procesor RISC je rychlejší, protože instrukce jsou jednoduché. A jsou levnější, ale programy pro ně zabírají více místa než pro CISC. To je důvod, proč, v podmínkách nedostatku RAM, počáteční vývoj procesorů pro osobní počítačešel směrem k architektuře CISC Všechny procesory kompatibilní s instrukční sadou x86 jsou procesory CISC, i když některé mohou mít prvky architektury RISC. Mikroprocesory 5. generace mají 64bitovou datovou a adresovou sběrnici. Mohou pracovat s 8, 16, 32 bitovými daty, podporovat strukturu potrubí a mají schopnost předvídat směr přechodů v programu. Procesory s mírně vyššími schopnostmi jsou obvykle klasifikovány jako šestá generace. Podívejme se na základní principy fungování moderních procesorů. Nejprve si všimneme, že procesor vykonává program, který je uložen v paměti Program je soubor příkazů (instrukcí) a dat. Postupným čtením příkazů procesor provádí příslušné akce. Každý příkaz je reprezentován několika bajty a jeho délka není pevná a může se pohybovat od 1 do 15.

Specifikace CPU

  1. Frekvence hodin - to je hlavní charakteristika procesoru, která určuje jeho schopnosti a výkon systému jako celku. Každý typ procesoru se vyrábí v podobě celé řady (rodiny) modelů, lišících se různými charakteristikami a především taktem. Procesor Pentium IV lze tedy vyrábět v různých modifikacích s taktovací frekvencí od 2,0 do 3,8 MHz. Takt procesoru je určen dvěma faktory: rychlostí systémové sběrnice a rychlostí vnitřních hodin procesoru. První parametr vlastně nezávisí na samotném procesoru, ale je určen základní deskou, přesněji řečeno její čipovou sadou. Základní desky lze vyrábět s různými frekvencemi – od 256 do 800 MHz. Procesor úzce spolupracuje s čipem zvaným generátor hodin. GTC vytváří periodické impulsy, které synchronizují činnost všech počítačových uzlů. Jedná se o jakýsi metronom uvnitř PC. CPU pracuje v rytmu tohoto metronomu. Frekvence hodin se rovná počtu cyklů za sekundu. Takt – časový interval mezi začátkem aktuálního impulzu a začátkem dalšího. Procesoru je přidělen určitý počet hodinových cyklů pro provedení každé operace. Měřeno v MHz.
  2. Techstep
    Procesor se skládá z mnoha milionů tranzistorů. Lze si je konvenčně představit jako body v uzlech pravoúhlé mřížky – jako fosforová zrna na obrazovce katodové trubice (CRT). Vzdálenost mezi tranzistory procesoru je dána použitou výrobní technologií a v současnosti je 0,09 mikronu nebo 90 nm. Čím kratší je tato vzdálenost, tím lépe. Zmenšení velikosti tranzistoru s sebou nese snížení výšky tónu, což znamená, že se sníží výkon rozptylu tepla a výrobní náklady a zvýší se maximální dosažitelná frekvence procesoru.
  3. Velikost procesoru
    Bitová kapacita se nazývá maximální částka bitů binárního kódu, které může procesor zpracovávat nebo přenášet současně. Kapacita procesoru je dána kapacitou jeho registrů, do kterých jsou umístěna zpracovávaná data. Například šířka registru 2 bajtů je 16 bitů, pak šířka CPU je 16., 8 bajtů -64 Buňka je skupina po sobě jdoucích bajtů paměti RAM, která obsahuje informace dostupné pro zpracování samostatným příkazem procesoru . Obsah paměťové buňky se nazývá strojové slovo. Je zřejmé, že velikost paměťové buňky a strojového slova se rovná kapacitě procesoru. Výměna informací mezi CPU a vnitřní paměť vyrobené strojovými slovy. Adresa paměťové buňky je rovna adrese ml. bajt (bajt s nejnižším číslem) obsažený v buňce. Adresování bajtů i buněk začíná od 0. Adresy buněk jsou násobky počtu bajtů ve strojovém slově. Buňka je tedy kontejner informací, strojové slovo je informace v buňce.
  4. Adresní prostor
    Procesor přenáší adresový kód přes adresovou sběrnici - binární číslo, označující adresu paměťové buňky popř externí zařízení, kde jsou informace odesílány na datové sběrnici. Adresní prostor je rozsah adres (množina adres), ke kterým může procesor přistupovat pomocí adresového kódu. Pokud kód adresy obsahuje n bitů, pak je velikost adresního prostoru 2 n bajtů. Velikost kódu adresy = počet řádků v adresové sběrnici (šířka adresové sběrnice)
  5. architektura CPU - návrh procesoru a stávajícího systému příkazů (instrukcí) Architektura zahrnuje tyto prvky: a) Příkazový systém a způsoby adresování b) Možnost kombinace provádění příkazů v čase c) Přítomnost dalších uzlů a zařízení jako součást z MPg) Provozní režimy procesoru a) Příkazový systém představuje sadu instrukcí, které může procesor provést. x86, MMX SSE SSE2 SSE3 3DNOWb)
  6. Dopravník
    Dnešní procesory kombinují provádění několika po sobě jdoucích instrukcí v čase a tvoří zpracování potrubí. Procesor rozděluje provádění příkazu do fází.
    Například Pentium - v 5 fázích:
    1) čtení části programu z paměti (vzorkování, čtení příkazů z RAM nebo mezipaměti)
    2) určit délku instrukce (dekódování a dešifrování příkazu, tj. určení kódu prováděné operace)
    3) určit adresu paměťové buňky, pokud je v tomto příkazu použita
    4) provést příkaz 5) uložit výsledek. Každá etapa se nazývá etapa. Výsledkem je 5-stupňový dopravník.
    Při zpracování potrubí je pro dokončení každé fáze přidělen 1 hodinový cyklus. V každém novém cyklu končí provádění jednoho příkazu a začíná provádění nového. Tento proces se nazývá in-line zpracování . Celková doba provádění instrukce v 5-stupňovém potrubí bude 5 hodinových cyklů. V každém taktu bude potrubí současně zpracovávat 5 různých příkazů. Tak, zřetězení zlepšuje výkon procesoru, ale nezkracuje dobu provádění jedné instrukce. Zisk je dosažen díky skutečnosti, že je zpracováváno několik příkazů najednou.
    Superskalární procesor         přítomnost dvou dopravníků.
    Superdopravník — více než 5 fází v procesu.Takové řešení dramaticky zvýšilo výkon CPU. Používá se vícetrubkové zpracování. Téměř všechny instrukce lze provádět paralelně, s výjimkou operací s pohyblivou řádovou čárkou a instrukcí skoků. Superskalární a superpipelining znamená mít více než dvě potrubí a více než pět stupňů v potrubí. Potrubí má znatelný dopad na rychlost provádění lineárních úseků programů, které lze provádět paralelně, s výjimkou operací s pohyblivou řádovou čárkou a instrukcí skoků.
  7. Vestavěná zařízení
    Hlavními součástmi centrální procesorové jednotky jsou jádro, mezipaměť a sběrnice.
    jádro CPU     se řídí pokyny. Operandy instrukcí jsou uloženy v registrech. Velikost registrů určuje bitovou kapacitu procesoru. Pojem „jádro“ má také topologický význam – nachází se ve středu procesorového čipu a na jeho okraji se nachází mezipaměť a další bloky. Stejný typ procesoru může být postaven na různých „jádrech“. Dnes máme vícejádrové systémy. Na jednom čipu je umístěno 2, 4, 6, 8 jader.
    Vyrovnávací paměť    (RAM cache) - vysokorychlostní statická (SRAM) paměť sloužící k urychlení přístupu k datům uloženým v pomalejší, ale levnější dynamické (DRAM) paměti. Ke zrychlení přístupu dochází, když procesor opakovaně přistupuje ke stejným datům nebo příkazům programu. Mezipaměť ukládá nejnovější data příkazů a procesor je z mezipaměti rychle načte. Cache je druh vyrovnávací paměti, která odpovídá rychlý procesor a relativně pomalá RAM, což výrazně urychluje proces zpracování dat.
    Existují 2 typy: L1 a L2 (úrovně 1 a 2 z anglické úrovně - „úroveň“).
    Cache L1 byla původně integrována do matrice procesoru a je její nedílnou součástí. Obsahuje instrukce procesoru a data pro tyto instrukce. Velká L1 cache je velmi užitečná v podmínkách multitaskingu, protože ukládá tzv. task context, tzn. informace potřebné k přechodu na tyto úkoly při jejich provádění jeden po druhém. Velikost 2*32Kb, 2*64Kb, 2*128Kb, 2*256Kb.
    L2 cache slouží ke kompenzaci rozdílu v pracovní frekvenci procesoru a RAM. Umístěný buď na podložce. desce nebo v pouzdře procesoru, odděleně od jeho jádra. Jeho hlavním parametrem je jeho velikost: čím je větší, tím rychleji systém funguje. Tato paměť je ale drahá, takže velikost mezipaměti je kompromisem mezi výkonem systému a cenou. Typické velikosti mezipaměti pro různé procesory (512 Kb, 1 Mb, 2 Mb, 4 Mb) Mezipaměť vám tedy umožňuje zvýšit výkon snížením počtu čekání na příchod informací z pomalejšího OP. Potřebné příkazy a data se přebírají z rychlejší Cache, kde se zadávají předem. Použití dvou cache eliminuje konflikty při čtení informací, dochází k současnému čtení.
    Procesor komunikuje s ostatními zařízeními na základní desce, zejména s hlavní pamětí sběrnice procesoru. Všimněte si, že dříve byly hlavní paměť i procesor na stejné sběrnici, která se nazývala systémová sběrnice. Nyní má procesor pro zlepšení výkonu vlastní sběrnici. (1066 MHz, 800 MHz, 533 MHz, 333 MHz). Koprocesor - speciální blok pro operace s „plovoucí desetinnou čárkou“ (nebo čárkou). Používá se pro zvláště přesné a složité výpočty a také pro práci s řadou grafických programů.
  8. V procesoru lze rozlišit následující hlavní části:
    —blok predikce větve (přechodové adresy – BPAP);
    - blok výpočtů s pohyblivou řádovou čárkou;
    -Nástroje pro detekci chyb CPU
    Ovládání větví programu.
    Pokud je v programu zjištěn podmíněný nebo nepodmíněný skok, pak po dekódování instrukce skoku a přijetí adresy začne procesor číst data z nové adresy. Je jasné, že dokud není tato adresa přijata, je dopravník nečinný. Tato situace nastává poměrně často, proto, aby se omezily „negativní“ důsledky větvení programu, jsou všechny přechody vyskytující se v programu ukládány do speciální cílové vyrovnávací paměti větví. Při provádění instrukce větvení procesor zkontroluje přítomnost adresy ve vyrovnávací paměti a začne číst program z této adresy. V případě nepodmíněného přechodu se vytvoří tabulka „historie“ přechodu, na základě které se procesor rozhodne, zda přechod bude či nebude proveden, a začne provádět instrukce z predikované adresy – tzv. dopředné provádění (spekulativní provádění Je jasné, že pokud je adresa předpovězena nesprávně, pak se veškeré provádění zastaví, kanál se vyčistí a provádění začne od správné adresy. Proto je velmi důležité, aby pravděpodobnost správné předpovědi byla co nejvyšší. U moderních procesorů se pohybuje v rozmezí 80-90%.
    Blok predikce adresy větvení zlepšuje výkon tím, že šetří čas předpovídáním možných cest provádění větvícího algoritmu.
    Jednotka s plovoucí desetinnou čárkou (FPU).
    Tento blok poskytuje operace s pohyblivou řádovou čárkou a multimediální MMX operace. Obvykle obsahuje vlastní samostatný kanál, protože takové operace lze obvykle provádět pouze v jednom potrubí. Výkonu FPU jednotky se v poslední době začíná věnovat pozornost díky vzniku mnoha aplikací napsaných pro MMX příkazy nebo pro práci s 3D grafikou, nemluvě o čistě výpočetních úlohách.
    Vzhledem k tomu, že se jedná o velmi složitá zařízení, moderní procesory mají schopnost přizpůsobit své parametry. Například v procesorech Pentium můžete zakázat druhou kanálovou nebo větvenou predikční jednotku, což vám umožní vyhodnotit zvýšení výkonu poskytované těmito prvky jádra procesoru. Téměř všechny procesory mají navíc svou tzv. vizitku – speciální instrukci, která pomáhá jednoznačně identifikovat procesor. Tento pokyn s názvem CPUID a zobrazuje JMÉNO vývojářské společnosti, typ rodiny, model a verzi procesoru a také ukazuje jeho hlavní vlastnosti, zejména přítomnost FPU nebo MMX bloku.
    Dostupnost nástrojů pro detekci chyb CPU.
    CPU má samotestovací zařízení pro kontrolu funkčnosti většiny prvků procesoru. Použití speciálního formátu dat: paritní bit , tj. Ke každému operandu je přidán paritní bit, v důsledku toho se všechna čísla stanou sudými; výskyt lichého čísla je signálem selhání procesoru.

Tepelná ochrana procesorů

Procesory se během provozu velmi zahřívají – jejich teplota dosahuje 7O...9O°C. Přehřátí procesoru hrozí velkými problémy až po jeho úplné selhání. Může vyhořet jako kdokoli jiný elektrický spotřebič. Návrh procesoru proto musí obsahovat účinný chladicí systém. Samotná systémová jednotka počítače je již vybavena ventilátorem, ten je však určen především k chlazení samotného zdroje a pouze částečnému chlazení základní desky s nainstalovaným procesorem. Pro moderní procesory, které mají výkon 40...70 W je to naprosto nedostatečné.
Proto je centrální procesor vybaven vlastním chladící systém. Skládá se z chladič, který je připevněn přímo ke skříni procesoru a fanoušek, který ochlazuje žebra chladiče.

Chladič

Jedná se o kovový plát s žebrovaným povrchem, díky kterému se výrazně zvyšuje výměna tepla mezi procesorem a okolím. Povrchová plocha procesorového čipu je extrémně malá a nepřesahuje několik centimetrů čtverečních. To je zcela nedostatečné k účinnému odstranění tepelné energie rozptýlené procesorem. Díky žebrovanému povrchu radiátor stonásobně zvětšuje plochu svého tepelného kontaktu s okolím.
V současné době v provozu Různé typy radiátory.

Lisované (extrudované) radiátory

Jedná se o nejjednodušší, nejlevnější a nejběžnější radiátory. Pro jejich výrobu se používá hliník - kov s poměrně vysokou tepelnou vodivostí. Radiátory jsou vyráběny metodou lisování, což umožňuje získat poměrně složitý profil povrchu a dosáhnout dobrých vlastností odvodu tepla.

Plisové radiátory

Vyznačují se poměrně zajímavým technologickým provedením: tenký kovový pásek, složený do harmoniky, je připevněn k základní desce radiátoru pájením nebo pomocí speciálních teplovodivých past, jejichž záhyby fungují jako žebrovaná plocha. Takové radiátory jsou obvykle vyrobeny z mědi - má vyšší tepelnou vodivost než hliník.

Kované (za studena tvarované) radiátory

K jejich výrobě se používá technologie lisování za studena, která umožňuje tvarovat povrch radiátoru ve formě tyčí různých průřezů. Hlavním materiálem je hliník, ale někdy jsou v základně instalovány měděné desky, aby se zlepšily vlastnosti rozptylu tepla. Jedná se o poměrně složitou technologii, takže kované radiátory jsou dražší než „extrudované“ a „skládané“, ale nejsou vždy lepší z hlediska tepelné účinnosti.

Točené radiátory

Dnes se jedná o nejdražší výrobky, protože jejich výroba je založena na vysoce přesném obrábění monolitických polotovarů. Vyznačují se nejen nejvyššími výkonnostními charakteristikami, ale také vysokou cenou. Vyrobeno z mědi a hliníku.

Fanoušci

S úkolem efektivně chladit vysoce výkonné procesory si dnes neporadí ani ty nejpokročilejší radiátory. Přenos tepla lze výrazně zlepšit pouze pomocí speciálních mikroventilátorů - chladiče (z anglického cool - „to cool“), které se instalují nad chladič a vyfukují proud vzduchu přes jeho žebra.
Jako každý jiný ventilátor se chladič skládá z elektromotoru s oběžným kolem připojeným k jeho ose. Hlavní charakteristikou ventilátoru je jeho výkon- hodnota udávající objem průtoku čerpaného vzduchu. Typické průtoky jsou 10...80 kubických palců za minutu. Čím vyšší je výkon ventilátoru, tím lépe chladí procesor. Výkon ventilátoru závisí na velikosti oběžného kola a rychlosti otáčení elektromotoru. Čím rychleji se oběžné kolo otáčí, tím vyšší je výkon ventilátoru. Typické hodnoty otáček jsou 1500…7000 ot./min. S rostoucí velikostí oběžného kola se zvyšuje výkon, celkové rozměry a hmotnost ventilátoru.
Nejběžnější rozměry jsou 60x60x 15 mm, 60x60x20 mm, 60x60x25 mm, 70x70x 15 mm, 80x80x25 mm. Provozní parametry zahrnují hlučnost a životnost ventilátoru. Hlučnost ventilátoru se udává v decibelech (dB) a obvykle se pohybuje v rozmezí 20 ... 50 dB. Ventilátory s hlučností nižší než 30 dB jsou považovány za tiché. Životnost (neboli doba mezi poruchami) ventilátoru se vyjadřuje v tisících hodin a je ukazatelem jeho spolehlivosti a odolnosti. Životnost ventilátorů je 40...50 tisíc hodin, což je zhruba pět let nepřetržitého nepřetržitého provozu.

Většina procesorů Intel používá design balíčku nazývaný FC-PGA (zkratka pro Flip Chip Pin Grid Array). Faktem je, že krystal je obrácený vzhůru nohama a čelí nejlepší část pouzdra pro lepší chlazení. Povrch jádra je pokryt tepelným disipátorem, což je měděná deska potažená tenkou ochrannou vrstvou. Počet kontaktů (pinů) na skříni může být různý: 423, 478, 604, 775. Procesory (jako ostatně všechny ostatní PC komponenty) lze dodat jako obvykle s minimální konfigurací ( OEM – výrobce originálního vybavení) a v krabicové verzi ( doručená pošta), tj. v přepravní krabici s montážním návodem a 3letou zárukou. Cena procesoru v Boxu je jen o pár dolarů vyšší než v běžném OEM balení, což je vzhledem k ceně chladiče dodávaného s krabicí docela levné.

Přetaktování

Přetaktování- provozní režim jakéhokoli zařízení pro více vysoká frekvence, než standardní, tzn. při frekvenci uvedené v jeho provozních charakteristikách. Přetaktování je možné, protože většina zařízení má určitou bezpečnostní rezervu. Obvykle je malé zvýšení frekvence bezbolestné a poskytuje zisk asi 10 %. Při překročení kritické hodnoty je možné přehřátí a úplné selhání drahého zařízení. Uživatel tedy přetaktuje na vlastní nebezpečí a riziko a často přichází o záruku prodejce. Hlavním předmětem přetaktování je centrální procesor. Můžete však přetaktovat jak paměť, tak procesor grafické karty.

Jak nainstalovat procesor Pentium IV do patice základní desky

  • nastavte páčku patice procesoru (A) do polohy „Otevřeno“, pro kterou ji musíte mírně posunout do strany a zvednout ji, dokud se nezastaví;
  • nainstalujte procesor do patice a přesuňte páčku do polohy „zavřeno“ (zlatý trojúhelník na procesoru by měl směřovat k základně západky);
  • naneste teplovodivou směs na horní povrch procesoru (B) a rovnoměrně rozetřete pastu po jeho povrchu;
  • Vyrovnejte základnu chladiče s montážním mechanismem a nainstalujte chladič na procesor. Aniž byste nechali pastu zaschnout, proveďte několik rovnoměrných oscilačních pohybů, mírně pohybujte chladičem nad procesorem tak, aby se tepelná pasta rovnoměrně rozprostřela po chladiči;
  • Začněte od centrálního plátku (B) a nainstalujte spony (D) na plátky upevňovacího mechanismu (B, D, E).
  • Zasuňte konektor (G) kabelu ventilátoru do tříkolíkové zásuvky, která se obvykle nachází v blízkosti konektoru CPU a je označena CPU FAN.

Příklady moderních procesorů Intel

    Procesor Intel® Core™ i7 Extreme Edition

  • Druhá generace procesorů Intel® Core™ i7
  • Druhá generace procesorů Intel® Core™ i5

    • Druhá generace procesorů Intel® Core™ i3

  • Řada procesorů Intel® Core™ vPro™

    • Intel Quad-Core Xeon X5550 pro servery

  • Procesor Intel Xeon E5620, pracovní stanice